運城市40 a來氣溫變化及對棉花生產的影響

王慧杰，馮瑞云，劉晶，南洋，劉躍鵬，南建福

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031；3.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所，山西太原030006）

運城市40 a來氣溫變化及對棉花生產的影響

王慧杰1，馮瑞云2，劉晶1，南洋3，劉躍鵬1，南建福1

（1.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城044000；2.山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031；3.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所，山西太原030006）

溫度是影響棉花生長的重要因子。選擇山西省運城市1971—2010年地面氣象觀測站的年氣溫資料，運用線性回歸分析法研究運城市棉花生育期氣溫變化的特點。結果表明，運城市最近40 a，年平均氣溫逐步上升，呈暖干化趨勢，氣溫變化傾向率為0.30℃/10 a；春、冬季變暖趨勢明顯，夏季氣溫有所下降；≥10℃有效積溫增長速度為41.3℃/10 a；棉花播種季節溫度升高趨勢為0.52℃/10 a。氣溫升高對提高棉花產量有一定的積極意義，但也要注意低溫冷害對棉花造成的傷害。

氣候變化；氣溫；棉花；運城市

近年來，氣候變化對農業生產產生的影響受到國內外學者的廣泛關注[1-4]。已觀測到在近50 a經常出現大范圍的極端溫度變化，熱晝、熱夜、熱浪出現的更加頻繁，而冷晝、冷夜和霜凍已變得幾乎很少見到[5]。氣溫、降水和日照時數的變化會導致農作物的種植結構發生很大改變，從而使農作物的生長發育及產量發生變化，所以，氣象條件是農作物生長的基礎條件[6]。

山西省處于大陸內部，氣候變化多樣，植被稀疏，水土流失嚴重[7]，屬于生態脆弱帶之一，對氣候變化反應比較敏感[8-10]，氣候的變化多樣嚴重影響了人們的日常生活及農作物的正常生長。李新周等[11-12]也研究認為，我國北方近52 a來半干旱區干旱化程度加劇，其他地區干旱化程度有所緩解。高文華等[13]利用晉南地區56 a的逐月平均氣溫和降水量資料等研究認為，山西晉南地區的氣候有向暖干化轉化的趨勢，年平均氣溫上升趨勢明顯。

山西省運城市地處黃河流域，是山西省傳統棉區，屬于北方半干旱棉區，在不同生育期間棉花所需的適宜溫度不同，但由于生長發育期氣溫變化異常，經常遭遇寒害和冷凍傷害2種低溫的危險[14]；生長發育后期碰到早霜凍，未吐絮的棉鈴會變為霜后花，對棉花的產量不利[15-16]。

本研究對運城市近40 a氣候變化實況、棉花不同生育時期的氣溫變化進行了分析，旨在為棉花生產適應運城地區氣候變化提供理論及技術支撐。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

運城市位于山西最南部，處于34°35′～35°49′N，110°15′～112°04′E，全市總面積13 968 km2，平均海拔370 m[17]。該區地勢平坦，四季分明，屬大陸溫帶季風氣候，土壤肥沃，光照充足，是傳統的農業大區[7]。

1.2 資料來源

本研究對山西省運城市氣象觀測站（111°17′E，34°99′N，海拔376.0 m，建站開始時間1956年1月）1971—2010年以來溫度（平均氣溫、最低最高氣溫）等資料（數據來源于中國氣象科學數據服務網http://cdc.cma.gov.cn/home.do）進行分析，以研究運城市近40 a來氣象變化趨勢及其對棉花生產產生的影響。

1.3 研究方法

時間長度滿足國際公認的30 a完整氣候周期長度[18]。季節劃分標準是：3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月至翌年2月為冬季[19]。運用線性回歸法分析氣候變化趨勢及速率。具體為[20]：利用最小二乘法擬合一元線性方程y＝a×t＋b。式中，氣象要素為y，時間為t，回歸常數為b，回歸系數為a，10 a稱為氣候傾向率，表示氣象要素每10 a的變化率，利用回歸系數a可以分析氣象要素的線性變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 年平均氣溫變化趨勢分析

由圖1可知，運城市1971—2010年年平均氣溫為14.2℃，40 a每年平均氣溫隨著平均值呈波動上升趨勢。其中，70年代至80年代中期為緩慢平穩上升；80年代中期開始，在1984年平均氣溫經歷了一次下降，僅為12.9℃，是多年平均氣溫的0.91倍；進入90年代以來，年平均氣溫急劇上升，到1999年達到90年代溫度最高值，為15.4℃；21世紀以來氣溫稍有回落，2006年平均氣溫急劇升高，達到16.3℃，是40 a平均氣溫的1.15倍，2006—2010年溫度逐漸下降，降到40 a年平均氣溫之下。

2.2 季平均氣溫變化趨勢

由圖2可知，除了夏季外，春、秋、冬季3個季節均有變暖的趨勢，尤其是春、冬季近幾年來一直呈升溫的狀態，變暖趨勢比較大，1971—2010年的40 a間冬季溫度上升傾向率為0.28℃/10 a，共升高了1.1℃；春季溫度上升傾向率為0.45℃/10 a，共升高了1.8℃。在20世紀80年代，夏季氣溫降低趨勢比較顯著，90年代氣溫又逐步回升。通過4個年代的季平均氣溫變化可以看出，運城市近40 a氣溫升高的主要原因是春、冬季氣溫的升高。

2.3 棉花播種季節（4月份）氣溫變化

據運城市1971—2010年40 a間4月份上旬（13.8℃）、中旬（15.7℃）、下旬（17.6℃）平均氣溫統計（圖3），4月三旬最低溫度都超過了10℃，線性趨勢分別為0.56，0.52，0.48℃/10 a，均呈增溫的趨勢，且日平均氣溫在15.7℃以上。從圖3可以看出，4月份溫度升高趨勢依次為4月下旬＜4月中旬＜4月上旬，1971—2010年40 a間共升溫2.08℃，線性趨勢為0.52℃/10 a，升溫顯著。4月份溫度升高可以使作物提早播種，延長作物生育期。

2.4 棉花苗期氣溫變化

根據運城市1971—2010年5月份的最低氣溫統計，5月份上旬出現10℃以下低溫的概率為21.2%，中旬為9.8%，下旬為1.1%（表1）。此階段處于棉花生長的幼苗期，當地溫降到10℃以下，就會造成根系停止生長，棉苗生長受到障礙，嚴重受害。如果低溫持續時間過長，就會將棉苗全部凍死，應采取相應的管理措施，增強棉花苗期的抗凍害能力，保證棉苗正常生長。

表1 運城市1971—2010年5月份最低氣溫低于10℃的概率%

2.5 運城市≥10℃積溫變化趨勢分析

運城市是山西省棉花主要種植區域，棉花全生育期早熟品種170～180 d，中熟品種需180～200 d，晚熟品種大于200 d；一生需要≥10℃的活動積溫，早熟品種3 300～3 500℃，中熟品種3 500～3 900℃，晚熟品種3 900℃以上。所以，本研究把棉花生長發育所需要的≥10℃以上的日平均氣溫的積累，定為活動積溫。運城市1971—2010年積溫呈逐步升高的趨勢；2003年全年積溫下降，降到4 662.3℃，遠遠低于40 a的平均積溫4 668℃；2004年以后，積溫又逐步升高。21世紀前10 a是積溫升高最快的年代，為231.3℃。從積溫曲線變化可知，前20 a積溫一直在平均線附近波動，升高幅度不大，后10 a積溫急劇升高，產生突變，升溫效果顯著。運城市近40a年積溫最低4408.0℃（1984年），高于棉花晚熟品種所需要的3 900℃以上積溫，所以，運城地區適合播種晚熟棉花品種，年積溫完全達到棉花生長發育所需要的溫度（圖4）。

2.6 運城市初終霜日期及無霜期變化情況

表2 運城市初終霜日期及無霜期變化情況

從表2可以看出，1991—2010年運城市初霜凍平均出現在11月中旬，最早出現在10月26日（2004年），最晚出現在12月5日（1994年）；終霜凍平均出現在3月中下旬，最早的出現在2月11日（2001年），最晚出現在4月13日（2009年）。運城市近20 a來平均無霜期243 d，介于204～276 d，最長無霜期達276 d（2000年），此年的終霜期結束的也較早，在3月9日。從歷年年代的變化情況分析，全年無霜期天數在逐漸增加，20世紀70年代運城市為211 d，80—90年代為213 d。可見，運城市近20 a以來無霜期呈增加的趨勢，增長速度為1.5 d/a。

3 結論

運城市近40 a來，年平均氣溫呈逐步上升的趨勢。1971—2010年運城市氣溫變化傾向率為0.3℃/ 10 a。20世紀90年代中期之后氣溫上升顯著，歷史最高溫度為2006年的16.3℃，最低溫度為1984年的12.9℃。

從季節的平均氣溫變化情況來看，除了夏季外，其他3個季節（春、秋、冬）全有變暖趨勢，特別是春、冬季變暖趨勢更大。說明運城市平均氣溫升高主要是由于冬、春氣溫升高造成的。夏季氣溫有所降低，對年均氣溫升高有所緩解。

4月份播種季節，40 a間升溫2.08℃，線性趨勢為0.52℃/10 a，升溫顯著。4月份溫度升高可以使作物提早播種，延長生育期。

在播種出苗期，容易出現低溫冷涼天氣，對棉花苗期的生長發育造成凍害。這些凍害變化給棉花生長發育帶來風險，影響產量，應加強相應的技術措施及管理，降低風險。

40 a來積溫呈現逐步升高趨勢，1994—2004年近10a積溫增加較快，積溫增加速度為41.3℃/10a。全年無霜期天數在逐漸增加，20世紀70年代運城市為211 d，80—90年代為213 d，近20 a為243 d。運城市近40 a年積溫最低為4 408.0℃（1984年），高于棉花晚熟品種所需要的3 900℃以上積溫，所以，運城地區適合播種晚熟棉花品種，年積溫完全達到棉花生長發育所需要的溫度。

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Change Trends of Air Temperature and Its Effect on Cotton Production over the 40 Years in Yuncheng

WANGHuijie1，FENGRuiyun2，LIUJing1，NANYang3，LIUYuepeng1，NANJianfu1
（1.Institute of Cotton，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Yuncheng044000，China；2.Institute of Crop Sciences，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.Institute of Agricultural Resources and Economy，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030006，China）

Temperature is one important factor for cotton.With linear regression analysis methods,the air temperature was analyzed in cotton production area in Yuncheng city during cotton growth stages,general changing patterns of temperature in Yuncheng were assessed from the aspects of all surface meteorological stations,on the basis of temperature series（1971-2010）from the stations in the city.The results indicated that,in the past 40 years,the annual temperature series exhibited a significant increase trend（0.30℃/10 a）over the city.Trend of warming spring and winter showed obviously,also with a temperature decrease in summer.The effective accumulated temperature increased（41.3℃/10 a）.The plantting season temperature increased（0.52℃/10 a）.Certainly,rising temperature will have positive meaning for increasing crop yield,but we should also pay attention to the damage caused by chilling injury on cotton.

climatic variation;air temperature;cotton;Yuncheng city

S162.5＋4

A

1002-2481（2016）11-1680-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.11.24

2016-07-07

山西省財政支農項目（NY4X2015-01）；山西省農業科學院博士基金項目（YBSJJ1603）

王慧杰（1984-），女，河北廊坊人，助理研究員，博士，主要從事作物栽培與耕作研究工作。